Location of second oocyte spindle and ART outcome

Abstract

Dysregulated oocyte maturation can cause chromosomally impaired development and it has been emerged as an infertility biomarker. Disrupting of chromosomal segregation can be occurred with applying the artificial reproductive technology. However, the relationship between the location of the oocyte meiotic spindle and embryo development including chromosomal abnormality has yet to be well-studied in the in vitro fertilization (IVF) cycles. Therefore, this study investigated the association between the angle of meiotic spindle deviation and embryo development and euploidy in PGT-A cycle patients. Morphokinetic analysis was performed with a time-lapse monitoring system. This study was conducted on 2441 oocytes from 303 patients who underwent Polscope and PGT-A from March 2022 to January 2023. Spindle in oocytes was observed using Polscope before intracytoplasmic sperm injection (ICSI), and oocytes were divided into 4 groups according to the angle of meiotic spindle deviation from the polar body position: A1 (beneath; 0-5º), A2 (adjacent; 5-15º), A3 (away; >15º), and A4 (non-visible). The embryos were single-cultured according to oocyte meiotic spindle position and monitored using the time-lapse system to assess embryo developmental competence. Fertilization rate was significantly low in the non-visible spindle A4 group compared with other groups (A1 vs. A4; p = 0.0005, A2 vs. A4; p = 0.0002, A3 vs. A4; p = 0.0003). The good quality embryo (GQE) rate by each group showed numerical values of A1 (86.8%), A2 (86.2%), A3 (83.6%), and A4 (77.8%). Among groups with a spindle, only A1 and A2 showed significant differences in the GQE rate from the non-visible group (A1 vs. A4; p = 0.0017, A2 vs. A4; p = 0.0066). Also, the groups having a spindle showed statistically higher blastocyst rates of biopsy than those in the group without a spindle on Day 5 or 6 (A1 vs A4; p = 0.0005, A2 vs.A4; p = 0.0002, A3 vs A4; p = 0.0002). Although there were no statistically significant differences in aneuploidy rate by the spindle position, it showed sequentially increased numerical values from A1 (n=197, 59.0%), A2 (n=129, 59.2%), A3 (n=129, 63.5%), to A4 (n=37, 64.9%). The effect of relative spindle position on morphokinetic parameters of euploid, aneuploid and mosaic blastocysts was investigated. There was a significant difference between spindle angles in A1 and A2 at tPNf (24.6±2.9 vs 23.1±2.5) and t2 (27.1±3.0 vs 25.2±2.5) in the euploid embryo group. The results of mosaic embryo groups showed significant differences between spindle angles in A1 and A3 when t7 (58.5±9.1 vs 52.6±7.5) and t8 (62.7±10.7 vs 56.0±7.4). The relative position of the spindle within the oocyte impact fertilization, embryo development rates and the time-point of early embryo stage as a morphokinetic parameter in patients in PGT-A cycles. It suggested that the position of the oocyte meiotic spindle with morphokinetic parameters may provide essential information to identify euploid embryos with the highest developmental potential.| 난자의 성숙은 수정과 이후의 배 발생을 가능하게 하는 요인으로 인간의 체외 수정에서 가장 중요한 요인으로 알려져 있다. 난자의 성숙은 성공적인 감수분열을 포함하는데 감수분열 방추사의 교란은 염색체의 비분리 및 불안정성을 발생하며 배아의 발달능력에 영향을 미친다. 인위적으로 정자를 난자의 세포질로 주입할 때 감수분열 방추사의 교란을 피할 수 있는 방법은 편광현미경을 사용하여 시각화하는 것이다. 하지만, 난자의 방추체 형성의 특성을 비추어볼 때 난자의 감수분열 방추사들의 위치와 배아 배수체 사이의 관계는 아직 체외수정에서 잘 연구되지 않았다. 따라서 본 연구에서는 체외수정을 하는 환자에서 배아 발달에 대한 실시간 배아 발달 모니터링 시스템을 사용하여 최적의 배아를 선택하기 위한 형태동태학적 특성을 분석한 후 감수분열 방추사의 각도의 편차와 환자의 배 발달 및 배수체 사이의 연관성을 조사하였다. 본 연구는 2022년 3월부터 2023년 1월까지 편광현미경 관찰 및 미세수정한 후 PGT-A를 시행한 303명의 환자의 2441개 난자를 대상으로 진행하였다. 제1극체 위치에서 감수 분열 방추사 각도의 편차에 따라 4개의 군으로 나뉘었다: A1 (0-5º), A2 (5-15º), A3 (>15º) 및 A4 (검경안됨). 또한, 배아는 난자 감수분열 방추사들의 각도에 따라 단일 배양하였고 배아 발달 능력을 평가하기 위해 실시가 배아 모니터링 시스템을 사용하여 모니터링하였다. 본 연구에서는 보이지 않는 방추사군 A4가 방추사를 가진 군들에 비해 수정률이 유의하게 낮은 것을 확인하였다 (A1 vs. A4; p = 0.0005, A2 vs. A4; p = 0.0002, A3 vs. A4; p = 0.0003). 방추사 각도의 편차에 따른 good quality embryo (GQE) 비율은 A1 (86.8%), A2 (86.2%), A3 (83.6%), A4 (77.8%)의 수치를 보였다. 방추사들이 있는 그룹 중 A1과 A2만 보이지 않는 그룹 A4와 비교하여 GQE 비율에서 유의미한 차이를 보였다 (A1 vs. A4; p = 0.0017, A2 vs. A4; p = 0.0066). 또한, 5일 또는 6일째 생검 시 방추사들이 있는 그룹이 방추사들이 없는 그룹보다 통계적으로 더 높은 배반포생검율을 보였다 (A1 vs. A4; p = 0.0005, A2 vs. A4; p = 0.0002, A3 vs. A4, p = 0.0002). 방추사에 의한 배수체 배아 비율에는 유의한 차이가 없었다 (p > 0.05). A1과 A2의 형태운동학적 매개변수 중 tPNf와 t2는 각 정배수체 그룹에서 A1과 A2를 비교하여 유의한 차이가 있었다. 모자이시즘 그룹에서는 A1과 A3를 비교하여 t7 (p = 0.04)과 t8 (p = 0.05)에서 유의한 차이를 보였다. 이 연구에서 난자 내 방추사의 위치는 수정과 배아발달, 배반포 발생률에서 유의적인 의미를 갖는 것을 확인하였다. 또한 난자 내 방추사의 위치에 따른 초기 배아 단계의 시점에서 morphokinetic parameter는 발달 가능성이 가장 높은 배수체 배아를 선별하는 데 필수적인 정보를 제공할 수 있을 것이라 말할 수 있다. 한편 각 그룹당 MII 난자의 수가가 매우 제한 적이어서 통계적 의미성을 말하기 어려운 점이 있으나 향후 지속적 연구를 토하여 방추체의 위치와 염색체 수 이상의 관계를 이해함으로 활용 가능성을 확보할 수 있음에 그 의미가 크다 할 수 있다.